TW201400844A - 雨量監測裝置與智慧型雨量監測及災害通報系統 - Google Patents

Abstract

一種雨量監測裝置與智慧型雨量監測及災害通報系統，該雨量監測裝置包括：一基座、一第一容器單元、一第二容器單元、一第一微控制器、一用於偵測降雨的雨滴感測器、一用於偵測一第一容器中的降雨重量的重量感測器，以及一用於偵測一第二容器中的水位的水位感測器。該系統包含該雨量監測裝置、一與該雨量監測裝置無線通訊的伺服主機，及一與該伺服主機無線通訊的行動監控裝置。本發明為自動化、程式化地監測降雨量，並且當降雨量滿足一預設的警報條件時，該伺服主機立即透過手機簡訊進行災害通報，提早啟動逃生預警，降低災害損失。

Description

雨量監測裝置與智慧型雨量監測及災害通報系統

本發明是有關於一種監測裝置與監測及災害通報系統，特別是指一種雨量監測裝置與雨量監測及災害通報系統。

隨著地球暖化現象日益嚴重，各種極端氣候不斷發生，部分地區在短時間內降雨集中的情形也愈來愈多，容易造成災害。為了因應極端氣候之降雨的不確定性，雨量監測系統的自動化、及時化、可程式化與智慧化，乃是精確地測量降雨量與評估雨災的重要關鍵設計，然而現有的雨量計都未具備上述功能，例如早期最普遍的雨量筒，主要是藉由量尺量測筒內雨水的高度，或者藉由集水瓶搜集雨水，再將雨水體積換算成雨量高度。而後來發展出的衡重式雨量筒仍然必須透過人工方式完成雨量測量。比較進步的傾斗式雨量計是利用一個傾斗，當斗中的水到達一定重量時自然就會傾倒出來，由傾倒次數可得知雨量，但欲得到正確的雨量仍然必須透過人力完成。

近年來雖然有藉由無線通訊方式通報降雨量，但由於該設備的量桶的容量固定，當降雨量超過量桶容量時，就無法有效測量，而且也無法針對特定時段進行降雨量監控，對於災害的預警功能也相對地較為不足。

因此，本發明之目的，即在提供一種可自動化監測、 方便測量雨量，並可提升測量精確度的雨量監測裝置與智慧型雨量監測及災害通報系統。

於是，本發明雨量監測裝置，包括：一基座、一第一容器單元、一第二容器單元、一第一微控制器、一雨滴感測器、一重量感測器，以及一水位感測器。

該第一容器單元包括一可上下移動地安裝在該基座上的第一容器、一藉由一第一吊索而連接該第一容器的第一馬達、一藉由一第二吊索而連接該第一容器的第二馬達，以及一用於控制該第一容器排水的第一閥門。該第二容器單元包括一固定地安裝在該基座上的第二容器，該第二容器可在該第一閥門開啟時承接該第一容器中的水。

該第一微控制器電連接該第一馬達、該第二馬達及該第一閥門，並用於控制該第一馬達與該第二馬達運轉，以及控制該第一閥門啟閉。該雨滴感測器電連接該第一微控制器，並用於偵測是否降雨。該重量感測器電連接該第一微控制器並設置在該第二吊索上，並可在該第一容器的重量完全由該第二吊索承受時偵測該第一容器中的降雨重量。該水位感測器電連接該第一微控制器，並偵測該第二容器中的水位，當該水位感測器偵測到該第二容器承接該第一容器的水已達到滿水位時，該水位感測器產生一滿水位訊號並傳送給該第一微控制器，該第一微控制器就控制該第一閥門關閉。

本發明智慧型雨量監測及災害通報系統，包含：至少一個如上述的雨量監測裝置、一伺服主機，及一行動監控 裝置。

該雨量監測裝置還包括一第一無線通訊模組，該第一無線通訊模組電連接該第一微控制器，並可將該重量感測器偵測到的降雨重量的資訊及該水位感測器產生的滿水位訊號以無線通訊方式傳送出去。

該伺服主機以無線通訊方式與該第一無線通訊模組訊號連接，用於接收該降雨重量的資訊並將該降雨重量的資訊經由計算處理而得到降雨量。該行動監控裝置監控該雨量監測裝置的運作狀況，並包括一個以無線通訊方式與該伺服主機訊號連接的第二無線通訊模組。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。在本發明被詳細描述前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1、2、3，本發明智慧型雨量監測及災害通報系統之第一較佳實施例包含：一雨量監測裝置1、一伺服主機2，以及一行動監控裝置3。

該雨量監測裝置1包括一基座11、一第一容器單元12、一第二容器單元13、一第一微控制器14、一雨滴感測器15、一重量感測器16、一水位感測器17、一第一無線通訊模組18、一衛星定位模組19、一顯示螢幕191，以及一控制件192。

該基座11是由數個板片與數個連接桿件所構成，該基 座11在實施上沒有特殊限制，只要能供該雨量監測裝置1的其它元件安裝即可。而且為了避免風力吹襲而影響雨量監測數據的準確度，可以於該基座11四周配置防風擋板，該基座11的底部可設有固定裝置，以防被風吹倒。

該第一容器單元12設置在該基座11上，並包括一可上下移動地安裝在該基座11上的第一容器121、一藉由一第一吊索122而連接該第一容器121的第一馬達123、一藉由一第二吊索124而連接該第一容器121的第二馬達125，以及用於控制該第一容器121排水的一第一閥門126與一排水閥門127。在本實施例中，該第一閥門126與該排水閥門127皆為一利用電磁閥原理來達到開關作用的電磁閥門。

該第二容器單元13設置在該第一容器單元12的下方，並包括一固定地安裝在該基座11上的第二容器131，以及一安裝在該第二容器131上並用於控制該第二容器131排水的第二閥門132。

該第二容器131與該第一容器121之間可透過該第一閥門126與一管路120而連通，使該第二容器131可在該第一閥門126開啟時承接該第一容器121中的水。需要說明的是，該第二容器131只接收該第一容器121的水，而不直接接收降雨。在本實施例中，該第二閥門132為一利用電磁閥原理來達到開關作用的電磁閥門。

該第一微控制器14電連接該第一馬達123、該第二馬達125、該第一閥門126、該排水閥門127及該第二閥門132，以控制該第一馬達123與該第二馬達125運轉，以及 控制該第一閥門126、排水閥門127與第二閥門132啟閉。

該雨滴感測器15電連接該第一微控制器14，並用於偵測是否降雨。本發明的雨滴感測器15沒有特殊的限制，可以使用一般已知的感測器，依據其感測原理包含有光學式感測器(reflective sensor)、音頻式感測器(audio sensor)、傳導式感測器(conductive sensor)等等。

該重量感測器16電連接該第一微控制器14，並偵測該第一容器121中的降雨重量。該重量感測器16例如一設置於該第二吊索124上的吊秤。

該水位感測器17電連接該第一微控制器14，並偵測該第二容器131中的水位。

該第一無線通訊模組18電連接該第一微控制器14，並用於接收或發送訊號，而且可將該第一微控制器14的訊號以無線通訊方式傳送給該伺服主機2，以及接收該伺服主機2的訊號並傳送給該第一微控制器14。本發明所述的無線通訊方式例如射頻(RF)通訊。

該衛星定位模組19電連接該第一微控制器14，並可接收一全球定位系統(Global Positioning System,GPS)的GPS訊號，並處理與計算該GPS訊號後，得到當地位置，從而取得雨量計位置的經緯度，並可透過該第一無線通訊模組18將該位置資訊傳送給該伺服主機2。

該顯示螢幕191電連接該第一微控制器14，並受該第一微控制器14控制而顯示該重量感測器16偵測到的降雨重量及該衛星定位模組19處理得到的位置資訊。

該控制件192例如一按鍵，並電連接該第一微控制器14，可用於設定相關的量測參數及操作維護。

該伺服主機2以無線通訊方式與該第一無線通訊模組18及該行動監控裝置3訊號連接。該伺服主機2在實施上沒有特殊限制，只要具有上述的無線通訊功能並且可供下達操控指令即可。透過該伺服主機2可以進行該雨量監測裝置1的功能驗證與相關的監測設定，以利於系統管理者可以依區域進行統籌管理與操控。而且該伺服主機2將該雨量監測裝置1所傳回的降雨重量的資訊及該第二容器131的總計滿水位次數等相關數據進行統計分析，可精確地計算各地的降雨量以及各種降雨資訊，並進行資料的儲存與整合。所述的降雨量通常以毫米(mm)來評估，所述降雨量的資訊包含最大及平均時雨量、日雨量、月雨量等，以及依需要所設定的期間雨量，以便於進行逃生預警。

該伺服主機2包括一個可將降雨量與一警報條件進行比對的比對模組21，以及一電連接該比對模組21並在該降雨量達到該警報條件時發出一緊急通報訊號的通報模組22。

該伺服主機2還可透過網際網路而連接一遠端登入主機41、至少一用戶端電腦42，以及一簡訊伺服主機43。系統管理者也可以透過該遠端登入主機41進行系統監控操作，以延伸監控距離。所述用戶端電腦42可供使用者在網路上進行災害登錄，其功能容後說明。

該行動監控裝置3是一種可攜性裝置，可供系統管理 者隨身攜帶，以隨時隨地接收該雨量監測裝置1的各項資訊，從而得知該雨量監測裝置1是否正常運作，並進行適當的控管。該行動監控裝置3與該伺服主機2訊號連接，並包括一圖未示出的監控本體、一第二無線通訊模組31、一第二微控制器32、一顯示器33，以及至少一設置在該監控本體上並電連接該第二微控制器32的操作按鈕34。

其中，該第二無線通訊模組31以無線通訊方式與該伺服主機2訊號連接，從而透過該伺服主機2得知該雨量監測裝置1的運作狀況與相關的雨量資訊。而相關的資訊接收可以透過該伺服主機2依權限進行設定。

該第二微控制器32電連接該第二無線通訊模組31，並可在該操作按鈕34被按壓時受到驅動，以下達操控指令，例如控制該行動監控裝置3的電源啟閉，或者控制該顯示器33切換顯示畫面，以顯示不同的雨量監測資訊。

該顯示器33電連接該第二微控制器32，並可受該第二微控制器32控制而顯示該雨量監測裝置1的運作狀況以及包含降雨量等等的相關雨量監測資訊。

本發明使用時，首先該雨滴感測器15用於偵測是否降雨，當偵測到降雨時，該雨滴感測器15傳送一降雨訊號給該第一微控制器14，該第一微控制器14即控制相關元件開始進行降雨量的量測與資料傳送。當該雨滴感測器15偵測到雨停時，就傳送一停雨訊號給該第一微控制器14，該第一微控制器14即控制相關元件停止量測並且停止資料傳送。

而該第一容器121用於接收降雨，且該第一容器121內的降雨重量可被該重量感測器16偵測，該重量感測器16將降雨量以重量資訊傳送給該第一微控制器14，再經由該第一無線通訊模組18將該降雨重量的資訊傳送給該伺服主機2，且相關資訊也會顯示在該雨量監測裝置1的顯示螢幕191及該行動監控裝置3的顯示器33上。以下則說明該重量感測器16如何感測重量。

平常該第一容器121放置於該基座11的底板上，當下雨時，該第一馬達123與該第二馬達125分別透過該第一吊索122與該第二吊索124將該第一容器121往上拉起，接著該第一馬達123將該第一吊索122拉到更高的位置，使該第一容器121的重量完全由該第一吊索122承受，直到要測量降雨重量時，再將該第一吊索122放低，該第二吊索124拉高，使該第一容器121的重量完全由該第二吊索124承受，而且該第一容器121與其內部的雨水重量完全反應在該重量感測器16上，由於該第一容器121的重量可事先測定，因此扣除該第一容器121的重量後，即可測得降雨重量。而測量降雨重量的時間點，可以依使用需求而設定，可以每隔一段時間就進行週期性的量測。

當該第一容器121內的降雨容量超過該第二容器131的容量時，該第一微控制器14控制該第一閥門126打開，使該第一容器121內的雨水導入該第二容器131中。當該水位感測器17偵測到該第二容器131達到滿水位時，該水位感測器17產生一滿水位訊號並傳送給該第一微控制器14 ，該第一微控制器14就控制該第一閥門126關閉，並且透過該第一無線通訊模組18將該滿水位訊號傳送給該伺服主機2，接著該第一微控制器14控制該第二閥門132打開，以將該第二容器131內的水排放掉，然後關閉該第二閥門132，上述步驟可以重複進行，如此可以確保該第一容器121中的水不會外溢，以因應各種不同等級的雨量。而該伺服主機2會將接收到的滿水位訊號的次數累計，以自動記錄滿水次數。

由於該第二容器131每次滿水時代表已經達到固定的水量，例如1000ml但不限於此，統計滿水的次數即可得知累積的降雨量。而該第一容器121中剩餘未滿1000ml的雨水的重量也可被測得，因此該伺服主機2將該第一容器121的雨水重量加上該第二容器131的滿水位次數等數據進行計算處理後，即可得到總雨量。當然，若降雨量未達第二容器131的容量時，該第一容器121中的水就不會導入該第二容器131，此時該第一容器121中的水量即代表總雨量。

補充說明的是，在進行雨量量測之前，必須確保該第一容器121與該第二容器131中沒有雨水，因此該第一微控制器14會先控制該排水閥門127與該第二閥門132開啟，該等閥門127、132開啟時，分別使該第一容器121與該第二容器131中的水排放到外面。

值得一提的是，本發明還支援自助式行動災害通報的功能，民眾可以依實際需求從用戶端電腦42，透過網際網 路自行或透過親友至災害通報網站進行災害登錄，以便於雨災發生時可以獲得及時雨災訊息。登錄資料包含通報手機號碼、電子信箱、接收通報日期(起、訖日期)、降雨通報區域(例如茂林、甲仙...等地，可複選)、雨量等級(中雨、大雨、豪雨、特大豪雨、超大豪雨)。

該伺服主機2的該比對模組21會將接收到的降雨量及相關資訊與民眾登錄的資訊(即為警報條件)進行比對，當登錄地區的降雨量符合被登錄的該警報條件時，該伺服主機2的通報模組22就發出該緊急通報訊號給該行動監控裝置3與該簡訊伺服主機43，使系統自動發送簡訊通知被登錄的手機號碼或進行電子郵件通知，以利於民眾及時逃生。其中，簡訊通知主要是由該簡訊伺服主機43發送簡訊至一基地台44，並透過該基地台44將簡訊傳送到民眾的手機45上。當然，也可以設定該伺服主機2自動將降雨量與雨災相關資訊傳送給特定人員。

因此，本發明透過自動化與程式化的設計，能自動進行雨量監測，其測量結果精準，並且能將測量結果計算處理成各種雨量資訊，在使用上有下列功能與優點：

(1)可由管理者依需要而透過無線通訊方式自行設定降雨量監控方式(例如起、訖時間)，以及通報間隔時間。

(2)該雨量監測裝置1在設計上為可移動式的，而且方便建置與擴充。

(3)藉由該第一容器121與該第二容器131配合的母子型設計，可以兼顧各種不同等級的雨量正確量測。

(4)透過該行動監控裝置3，讓管理者隨時掌握災害狀況，及時進行災害管理。

(5)可由使用者上網進行災害通報登錄作業，藉由系統整合達到事先預警功效，減少災害損失。

(6)結合網際網路及行動通訊，提升系統損壞承受的強韌性。

(7)可程式操作介面，增加系統運作的彈性以因應不同程度且多變的災害。

(8)透過持續的雨量監測可以找出最大瞬間降雨量，而且能自動記錄下雨時間及統計下雨的頻率。

參閱圖4，本發明智慧型雨量監測及災害通報系統之第二較佳實施例，與該第一較佳實施例大致相同，不同的地方在於，本實施例包含數個雨量監測裝置1，分別用於監測不同區域的雨量，該等雨量監測裝置1都可透過無線通訊方式與該伺服主機2訊號連接，而該行動監控裝置3可透過該伺服主機2而監控各個雨量監測裝置1的運作狀況與各地的雨量資訊。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧雨量監測裝置

11‧‧‧基座

12‧‧‧第一容器單元

120‧‧‧管路

121‧‧‧第一容器

122‧‧‧第一吊索

123‧‧‧第一馬達

124‧‧‧第二吊索

125‧‧‧第二馬達

126‧‧‧第一閥門

127‧‧‧排水閥門

13‧‧‧第二容器單元

131‧‧‧第二容器

132‧‧‧第二閥門

14‧‧‧第一微控制器

15‧‧‧雨滴感測器

16‧‧‧重量感測器

17‧‧‧水位感測器

18‧‧‧第一無線通訊模組

19‧‧‧衛星定位模組

191‧‧‧顯示螢幕

192‧‧‧控制件

2‧‧‧伺服主機

21‧‧‧比對模組

22‧‧‧通報模組

3‧‧‧行動監控裝置

31‧‧‧第二無線通訊模組

32‧‧‧第二微控制器

33‧‧‧顯示器

34‧‧‧操作按鈕

41‧‧‧遠端登入主機

42‧‧‧用戶端電腦

43‧‧‧簡訊伺服主機

44‧‧‧基地台

45‧‧‧手機

圖1是一示意圖，顯示本發明智慧型雨量監測及災害通報系統之一第一較佳實施例的一雨量監測裝置； 圖2是該第一較佳實施例的功能方塊示意圖；圖3是該第一較佳實施例的部分元件的功能方塊圖；及圖4是一功能方塊示意圖，顯示本發明智慧型雨量監測及災害通報系統之一第二較佳實施例。

1‧‧‧雨量監測裝置

123‧‧‧第一馬達

125‧‧‧第二馬達

126‧‧‧第一閥門

127‧‧‧排水閥門

132‧‧‧第二閥門

14‧‧‧第一微控制器

15‧‧‧雨滴感測器

16‧‧‧重量感測器

17‧‧‧水位感測器

18‧‧‧第一無線通訊模組

19‧‧‧衛星定位模組

191‧‧‧顯示螢幕

192‧‧‧控制件

2‧‧‧伺服主機

21‧‧‧比對模組

22‧‧‧通報模組

3‧‧‧行動監控裝置

31‧‧‧第二無線通訊模組

32‧‧‧第二微控制器

33‧‧‧顯示器

34‧‧‧操作按鈕

Claims (10)

1. 一種雨量監測裝置，包括：一基座；一第一容器單元，包括一可上下移動地安裝在該基座上的第一容器、一藉由一第一吊索而連接該第一容器的第一馬達、一藉由一第二吊索而連接該第一容器的第二馬達，以及一用於控制該第一容器排水的第一閥門；一第二容器單元，包括一固定地安裝在該基座上的第二容器，該第二容器可在該第一閥門開啟時承接該第一容器中的水；一第一微控制器，電連接該第一馬達、該第二馬達及該第一閥門，並用於控制該第一馬達與該第二馬達運轉，以及控制該第一閥門啟閉；一雨滴感測器，電連接該第一微控制器，並用於偵測是否降雨；一重量感測器，電連接該第一微控制器並設置在該第二吊索上，並可在該第一容器的重量完全由該第二吊索承受時偵測該第一容器中的降雨重量；及一水位感測器，電連接該第一微控制器，並偵測該第二容器中的水位，當該水位感測器偵測到該第二容器承接該第一容器的水已達到滿水位時，該水位感測器產生一滿水位訊號並傳送給該第一微控制器，該第一微控制器就控制該第一閥門關閉。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之雨量監測裝置，還包括 一電連接該第一微控制器，並可將該重量感測器偵測到的降雨重量的資訊及該水位感測器產生的滿水位訊號以無線通訊方式傳送出去的第一無線通訊模組。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之雨量監測裝置，還包括一電連接該第一微控制器的衛星定位模組，該第一無線通訊模組可將該衛星定位模組處理得到的位置資訊以無線通訊方式傳送出去。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之雨量監測裝置，還包括一電連接該第一微控制器，並用於顯示該重量感測器偵測到的降雨重量及該衛星定位模組處理得到的位置資訊的顯示螢幕。
5. 依據申請專利範圍第1至4項中任一項所述之雨量監測裝置，其中，該第一容器單元還包括一電連接該第一微控制器並可在開啟時使該第一容器中的水排放到外面的排水閥門，該第二容器單元還包括一電連接該第一微控制器並可在開啟時使該第二容器中的水排放到外面的第二閥門。
6. 智慧型雨量監測及災害通報系統，包含：至少一雨量監測裝置，該雨量監測裝置包括：一基座；一第一容器單元，包括一可上下移動地安裝在該基座上的第一容器、一藉由一第一吊索而連接該第一容器的第一馬達、一藉由一第二吊索而連接該第一容器的第二馬達，以及一用於控制該第一容器 排水的第一閥門；一第二容器單元，包括一固定地安裝在該基座上的第二容器，該第二容器可在該第一閥門開啟時承接該第一容器中的水；一第一微控制器，電連接該第一馬達、該第二馬達及該第一閥門，並用於控制該第一馬達與該第二馬達運轉，以及控制該第一閥門啟閉；一雨滴感測器，電連接該第一微控制器，並用於偵測是否降雨；一重量感測器，電連接該第一微控制器並設置在該第二吊索上，並可在該第一容器的重量完全由該第二吊索承受時偵測該第一容器中的降雨重量；一水位感測器，電連接該第一微控制器，並偵測該第二容器中的水位，當該水位感測器偵測到該第二容器承接該第一容器的水已達到滿水位時，該水位感測器產生一滿水位訊號並傳送給該第一微控制器，該第一微控制器就控制該第一閥門關閉；及一第一無線通訊模組，電連接該第一微控制器，並可將該重量感測器偵測到的降雨重量的資訊及該水位感測器產生的滿水位訊號以無線通訊方式傳送出去；一伺服主機，以無線通訊方式與該第一無線通訊模組訊號連接，用於接收該降雨重量的資訊並將該降雨重量的資訊經由計算處理而得到降雨量；及 一行動監控裝置，監控該雨量監測裝置的運作狀況，並包括一個以無線通訊方式與該伺服主機訊號連接的第二無線通訊模組。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之智慧型雨量監測及災害通報系統，其中，該雨量監測裝置還包括一電連接該第一微控制器的衛星定位模組，該第一無線通訊模組可將該衛星定位模組處理得到的位置資訊傳送給該伺服主機。
8. 依據申請專利範圍第6項所述之智慧型雨量監測及災害通報系統，其中，該伺服主機包括一個可將降雨量與一警報條件進行比對的比對模組，以及一電連接該比對模組並在該降雨量達到該警報條件時發出一緊急通報訊號的通報模組。
9. 依據申請專利範圍第6項所述之智慧型雨量監測及災害通報系統，其中，該雨量監測裝置還包括一電連接該第一微控制器並可在開啟時使該第一容器中的水排放到外面的排水閥門，以及一電連接該第一微控制器並可在開啟時使該第二容器中的水排放到外面的第二閥門。
10. 依據申請專利範圍第6項所述之智慧型雨量監測及災害通報系統，其中，該行動監控裝置還包括一電連接該第二無線通訊模組的第二微控制器，以及一電連接該第二微控制器並用於顯示該雨量監測裝置的運作狀況與降雨量的顯示器。